[發明專利]透平靜輪盤、燃氣輪機以及端壁側向出流孔的設計方法

在審

• 申請號: 202010138045.0
• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN111335967A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 蔣洪德;任靜;李雪英;吳康;楊笑宇;薛啟超
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F01D9/04
• 分類號: F01D9/04
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 劉葛

本發明涉及一種端壁側向出流孔的設計方法，用于在燃氣輪機中透平輪盤的端壁上開設側向的出流孔，透平輪盤上沿自身軸向的至少一個端壁上開設多個出流孔，多個出流孔沿透平輪盤的回轉方向間隔分布，多個出流孔沿透平輪盤的回轉方向至少形成第一出流區和第二出流區，多個第一出流區沿透平輪盤的回轉方向分別與多個透平靜葉的尾緣相對應，多個第二出流區沿透平輪盤的回轉方向分別位于相鄰兩個透平靜葉之間，第一出流區的排氣量大于第二出流區的排氣量。本發明還涉及使用上述設計方法的透平靜輪盤以及燃氣輪機，能夠在不影響整體密封效率的情況下改善靜葉尾緣區域的密封效果，適用于所有在輪緣封嚴間隙存在端壁側向出流孔的燃氣輪機機型。

技術領域

本發明涉及燃氣輪機技術領域，特別是涉及一種透平靜輪盤、燃氣輪機以及端壁側向出流孔的設計方法。

背景技術

高溫部件冷卻技術是當代燃氣輪機發展過程中的關鍵一環，其出現和發展使得燃氣輪機的熱端部件能夠在更高的參數下穩定運行，而不同的部件所采用的冷卻結構均有所不同。高溫透平轉靜輪盤所構成的腔室需要對輪緣間隙進行封嚴，以避免高溫高壓的主流燃氣侵入造成的輪盤過熱。在某些燃氣輪機的輪緣附近，除了來自于低半徑腔室的封嚴氣體，還有一股由端壁流出的具有較低溫度和較高動量的流體也會對輪緣附近的流場產生顯著影響。傳統的端壁側向出流孔結構將軸向出流引入輪緣間隙，使入侵的燃氣在輪緣間隙受到擠壓。侵入渦系受到端壁出流的擠壓后其中心線位置被明顯的抬高同時該渦系的大小也受到抑制，使得燃氣入侵的程度被削弱。然而傳統的出流孔結構仍然存在封嚴效果較差，使得部分縫隙處燃氣入侵嚴重。同時，大量的端壁側向出流會減少用于冷卻端壁表面的封嚴氣體量，在工程實際中并不可取。

發明內容

基于此，有必要針對現有端壁側向出流孔結構存在的封嚴效果差的問題，提供一種有效封嚴輪緣間隙的透平靜輪盤、燃氣輪機以及端壁側向出流孔的設計方法。

一種透平靜輪盤，其端壁上的出流孔應用于主流高溫燃氣的封嚴，所述透平靜輪盤包括：

輪盤本體；

靜輪緣，設置于所述輪盤本體的外周緣，所述靜輪緣上沿所述輪盤本體軸向的至少一個端壁上開設多個所述出流孔，多個所述出流孔沿所述輪盤本體的回轉方向間隔分布，多個所述出流孔沿所述輪盤本體的回轉方向至少形成第一出流區和第二出流區，多個所述第一出流區沿所述輪盤本體的回轉方向分別與多個透平靜葉的尾緣相對應，多個所述第二出流區沿所述輪盤本體的回轉方向分別位于相鄰兩個透平靜葉之間，所述第一出流區的排氣量大于所述第二出流區的排氣量。

在其中一個實施例中，所述第一出流區中包括多個所述出流孔，所述第一出流區中所述出流孔的數量大于所述第二出流區中所述出流孔的數量。

在其中一個實施例中，所述第二出流區中包括多個所述出流孔，所述第二出流區中的多個所述出流孔沿所述輪盤本體的回轉方向等間隔分布；所述第一出流區中的多個所述出流孔沿所述輪盤本體的回轉方向等間隔分布。

在其中一個實施例中，所述第一出流區中多個所述出流孔之間的周向孔距為lm，所述第二出流區中多個所述出流孔之間的周向孔距為ln，且lm≤ln。

在其中一個實施例中，每個所述第一出流區的周向中心位置分別與一個透平靜葉的尾緣沿所述輪盤本體回轉方向重合。

在其中一個實施例中，每個所述第一出流區中的所述出流孔的數量為單數，每個所述第一出流區中位于周向中心位置的所述出流孔，分別與一個透平靜葉的尾緣沿所述輪盤本體回轉方向重合。

在其中一個實施例中，所述第一出流區中所述出流孔的直徑等于所述第二出流區中所述出流孔的直徑。

在其中一個實施例中，所述透平靜輪盤能夠與相鄰的其它輪盤形成輪緣間隙，所述出流孔的直徑與輪緣間隙寬度的比值介于0.2-0.5之間。

在其中一個實施例中，所述靜輪緣上的全部所述出流孔繞所述輪盤本體的軸心呈等半徑的圓周分布。